KR20090114437A - Linear machine having a primary part and a secondary part - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바람직하게는 축에 대해 동심으로 배치되고 중간 부재에 의해 서로 이격 배치된 다수의 링형 1차 코일들을 가진 1차 부분, 및 직류가 인가될 수 있고 초전도체 와인딩을 가지고 교대하는 극성으로 축방향으로 나란히 배치된 다수의 2차 코일들을 가진 2차 부분을 포함하고, 한 부분이 다른 부분에 대해 축에 대해 평행하게 왕복 운동할 수 있는 선형 기계에 관한 것이다.The invention preferably comprises a primary portion with a plurality of ring-shaped primary coils arranged concentrically about the axis and spaced from each other by an intermediate member, and axially alternating with alternating polarity with direct current applied and superconducting windings. And a secondary part having a plurality of secondary coils arranged side by side, wherein one part is capable of reciprocating parallel to the axis with respect to the other part.
DE 195 42 551 A1에는 중공 실린더형 1차 부분을 가진 선형 모터가 공지되어 있다. 상기 1차 부분은 2차 부분의 운동 축에 대해 동심으로 배치되고 다상 전류로 작동 가능한 링형 1차 코일을 갖는다. 1차 코일들 사이에 연자성 재료로 이루어진 링형 시트들이 배치되고, 상기 링형 시트들은 인접한 1차 코일들의 이격을 위한 중간 부재로서 사용되며 자화 가능한 톱니를 형성함으로써, 자속이 증대되고, 2차 부분이 배치된 수용부로 안내된다. 1차 코일들 및 링형 시트들은 자화 가능한 재료로 이루어진 중공 실린더형 요크 내에 수용되고, 상기 요크는 백 아이언(back iron)을 형성한다. 2차 부분은 1차 부분으로 형성된 수용부 내부에 축 방향으로 운동 가능하게 배치된다. 2차 부분은 초전도체 와인딩들로 이루어진 다수의 계자 들을 갖는다. 상기 계자들은 교대하는 극성으로 축방향으로 차례로 배치된다. DE 195 42 551에서는 2차 와인딩의 자계가 2차 부분의 축에 대해 수직이어야 한다. 이러한 자계 방향을 와인딩된 코일들에 의해 발생시키기 위해, 전류가 흐르는 개별 코일의 축이 선형 모터의 운동 축에 대해 수직이어야 한다. 영구 자석 또는 초전도 고체 자석을 사용하는 경우에만, 상기 자석들의 내주면이 자화 가능한 재료로 이루어진 실린더형 요크에 접촉할 수 있다. 상기 자석들은 링형으로 실시되지만 방사 방향으로 자화된다. 이와 달리, 와인딩된 2차 코일들의 경우에는, 와인딩된 코일들이 지지체의 외부면 상에서 원주 방향 및 축 방향으로 서로 나란히 오프셋되도록 배치되어야 한다. 1차 코일 및 2차 코일들에 전류가 인가되는 경우 생기는 자력은 1차 부분과 2차 부분 사이의 상대 운동을 발생시킨다.In DE 195 42 551 A1 a linear motor with a hollow cylindrical primary part is known. The primary portion has a ring-shaped primary coil disposed concentrically about the axis of motion of the secondary portion and operable with a polyphase current. Ring-shaped sheets of soft magnetic material are disposed between the primary coils, which are used as intermediate members for the separation of adjacent primary coils and form magnetizable teeth, thereby increasing the magnetic flux and Guided to the arranged receiving portion. Primary coils and ring-shaped sheets are housed in a hollow cylindrical yoke made of magnetizable material, the yoke forming a back iron. The secondary part is disposed movably in the axial direction inside the receiving portion formed as the primary part. The secondary part has multiple fields consisting of superconducting windings. The fields are arranged in sequence axially with alternating polarities. In DE 195 42 551 the magnetic field of the secondary winding must be perpendicular to the axis of the secondary part. In order to generate this magnetic field direction by the winding coils, the axis of the individual coil through which the current flows must be perpendicular to the axis of motion of the linear motor. Only when using permanent magnets or superconducting solid magnets, the inner circumferential surface of the magnets can contact the cylindrical yoke made of magnetizable material. The magnets are embodied in a ring but are magnetized in the radial direction. Alternatively, in the case of wound secondary coils, the wound coils should be arranged such that they are offset side by side in the circumferential and axial directions on the outer surface of the support. The magnetic force generated when current is applied to the primary and secondary coils generates a relative motion between the primary and secondary portions.
EP 1 465 328 A1에는 1차 부분과 2차 부분이 역으로 배치됨으로써, 2차 부분이 외부에 놓여 1차 부분을 둘러싸는 선형 모터가 공지되어 있다.In EP 1 465 328 A1 a linear motor is known, in which the primary part and the secondary part are arranged in reverse, whereby the secondary part is placed outside and surrounding the primary part.
연자성 톱니들의 자화 가능성은 연자성 재료의 자기 포화로 인해 제한된다. 1차 부분의 코일 내의 전류 밀도가 높을 때 1차 부분과 2차 부분 사이에서 더 높은 파워 밀도를 얻기 위해, 1차 코일들의 와인딩 개수를 증가시키거나 또는 자화 가능한 재료의 양을 증가시키는 것이 제안되었다. 실험 단계에서, 원형 또는 폴리솔레노이드 선형 모터들에 있어서, 이러한 조치에 의해 약 8 N/㎠ 까지의 파워 밀도가 얻어졌다. 그러나, 선형 모터의 크기 및 중량이 훨씬 더 커져야 한다.The magnetization potential of the soft magnetic teeth is limited due to the magnetic saturation of the soft magnetic material. In order to obtain higher power density between the primary and secondary parts when the current density in the coil of the primary part is high, it has been proposed to increase the number of windings of the primary coils or increase the amount of magnetizable material. . In the experimental stage, for circular or polysolenoid linear motors, this measure yielded a power density of up to about 8 N / cm 2. However, the size and weight of the linear motor must be much larger.
본 발명의 목적은, 1차 및/또는 2차 부분들에서의 구조적 조치에 의해, 선형 기계들의 크기가 작으면서도 훨씬 더 높은 파워 밀도가 얻어질 수 있는, 선형 기계를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a linear machine, by means of structural measures in the primary and / or secondary parts, where a much higher power density can be obtained while the size of the linear machines is small.
상기 목적은 본 발명에 따라, 1차 부분 내에 1차 코일들의 배치가 자화 불가능한 재료로 된 중간 부재들을 포함한 공기 갭 와인딩으로서 구현되고, 2차 코일들이 고온 초전도체의 와인딩들로 이루어짐으로써, 18 N/㎠보다 큰 파워 밀도가 얻어짐으로써 달성된다. 선형 기계는 바람직하게 1차 및 2차 코일들에 전류가 인가됨으로써, 이로 인해 생긴 자계에 의해 1차 및 2차 부분들 간의 상대 운동이 축에 대해 평행하게 야기되는 선형 모터로서 구현되고, 본 발명이 하기에서 이와 관련해서 설명된다. 선형 기계는 1차와 2차 부분 간의 상대 운동에 의해 1차 코일들 내로 유도되는 전류가 발전을 위해 변환되는 발전기로서도 구현될 수 있다. 높은 파워 밀도는 선형 기계가 선형 모터로서 설계된 경우, 1차 코일에는 교류가 인가되고 2차 코일에 직류가 인가됨으로써 달성된다. 1차 코일들의 배치 및 바람직하게는 2차 코일들의 배치도 공기 갭 와인딩으로 실시되기 때문에, 즉 1차 코일들 사이 및 2차 코일들 사이에 자속 가이드를 위한 자화 가능한 재료가 배치되지 않기 때문에, 본 발명에 따른 선형 기계에서는 파워 밀도가 포화 자화에 의해 제한되지 않는다.The object is realized according to the invention as an air gap winding in which the placement of primary coils in the primary part comprises intermediate members of a non-magnetizable material, wherein the secondary coils are made of windings of high temperature superconductor, thereby providing 18 N / A power density greater than 2 cm 2 is achieved. The linear machine is preferably embodied as a linear motor in which current is applied to the primary and secondary coils so that the relative motion between the primary and secondary parts is caused parallel to the axis by the resulting magnetic field, and the present invention This is described below in this regard. The linear machine can also be implemented as a generator in which the current induced into the primary coils by the relative motion between the primary and secondary parts is converted for generation. High power density is achieved by applying alternating current to the primary coil and direct current to the secondary coil when the linear machine is designed as a linear motor. Since the arrangement of the primary coils and preferably the arrangement of the secondary coils are also carried out with air gap windings, ie no magnetizable material for the magnetic flux guide is disposed between the primary coils and between the secondary coils. In linear machines, the power density is not limited by saturation magnetization.
1차 부분의 전류 분포, 즉 1차 부분의 축 방향 길이 당 원주 방향으로의 전류가 선형 모터의 크기 증가 없이, 공지된 선형 모터에 비해 커질 수 있기 때문에, 상기 전류 분포에 비례하는 파워 밀도가 포화 효과 없이 커진다. 1차 코일들 사이에 바람직하게는 자속의 번들링을 위한 자화 가능한 재료 또는 철이 배치되지 않는다. 77K보다 높은 전이 온도를 가진, 고온 초전도성 재료로 이루어진 2차 코일들을 2차 부분에 사용함으로써, 2차 코일들에 높은 직류가 인가될 수 있으므로, 아주 강한 자계가 수용부 내에 발생할 수 있다. 본 발명에 따른 선형 모터의 다른 장점은 축 방향으로 거의 매끄러운 파워 곡선이 얻어진다는 것인데, 그 이유는 공기 갭 와인딩에 의해 자기 저항력(magnetic reluctance)이 실제로 거의 생기지 않으므로 코깅이 거의 일어나지 않기 때문이다. 또한, 1차 부분 및 2차 부분에서 영구 자석 및 자화 가능한 재료가 생략됨으로써 전류 공급의 차단시 자력이 생기지 않기 때문에, 선형 모터가 비교적 간단히 유지 관리되거나 또는 세정될 수 있다.Since the current distribution of the primary portion, i.e. the current in the circumferential direction per axial length of the primary portion, can be larger than the known linear motor without increasing the size of the linear motor, the power density proportional to the current distribution is saturated. It grows without effect. There is preferably no magnetizable material or iron for bundling magnetic flux between the primary coils. By using secondary coils made of a high temperature superconducting material in the secondary portion, having a transition temperature higher than 77K, a high direct current can be applied to the secondary coils, so a very strong magnetic field can occur in the receiving portion. Another advantage of the linear motor according to the invention is that an almost smooth power curve in the axial direction is obtained, because cogging rarely occurs since practically no magnetic reluctance is produced by the air gap winding. In addition, since the permanent magnet and the magnetizable material are omitted in the primary part and the secondary part, no magnetic force is generated when the current supply is interrupted, so that the linear motor can be maintained or cleaned relatively simply.
1차 부분의 높은 전류 분포는, 특히 1차 부분의 충전 팩터가 높게 선택됨으로써 이루어질 수 있다. 충전 팩터는 전류가 흐르는 1차 코일의 체적 대 중간 부재 및 경우에 따라 존재하는 1차 코일들 사이의 중간 공간의 체적의 체적 비로 정의된다. 1차 부분의 충전 팩터는 바람직하게 70% 보다, 특히 85%보다 더 크다. 축 방향으로 인접한 1차 코일들에는 바람직하게 120°만큼 위상 변이된 교류가 인가됨으로써, 선형 모터는 3상 모터(회전류 모터)를 형성한다. 2상 모터 또는 3개보다 많은 상을 가진 다상 모터의 경우, 위상 변이는 달리 조정되거나 또는 선택될 수 있다.The high current distribution of the primary part can be achieved, in particular, by the high selection of the charge factor of the primary part. The charge factor is defined as the volume ratio of the volume of the primary coil to which the current flows to the intermediate member and, in some cases, the volume of the intermediate space between the primary coils present. The filling factor of the primary portion is preferably greater than 70%, in particular greater than 85%. An alternating current, preferably phase shifted by 120 °, is applied to the primary coils adjacent in the axial direction, so that the linear motor forms a three-phase motor (recurrent current motor). For two-phase motors or multiphase motors with more than three phases, the phase shift can be adjusted or selected otherwise.
바람직한 실시예에서, 1차 코일은 특히 알루미늄 또는 구리로 이루어진 도체와 같은 표준 도체로 이루어진 와인딩을 가짐으로써, 1차 코일들은 경우에 따라 합리적인 비용으로 예컨대 액냉되거나 또는 가스 냉각될 수 있다. 예컨대 물 또는 오일에 의한 냉각이 특히 바람직하다. 표준 도체는 특히 중공 도체로 이루어질 수 있고, 상기 중공 도체의 내부 관이 냉각을 위해 사용된다. 대안으로서, 1차 코일들의 와인딩들은 초전도성, 특히 고온 초전도성 도체로 이루어지거나 또는 제조될 수 있다. 전류 인가는, 초전도 1차 코일들 내의 교류 손실이 적도록, 100 Hz, 특히 50 Hz 보다 낮은 주파수를 가진 교류로 이루어져야 한다. 그렇지 않으면, 상기 교류 손실이 추가 냉각에 의해 보상되어야 할 것이다. 본 발명에 따른 선형 발전기에서는 18 N/㎠보다 큰 파워 밀도가 얻어질 수 있고, 2차 코일 및 1차 코일에 초전도체가 사용되는 경우에는 25 N/㎠보다 큰 파워 밀도가 얻어질 수 있다. 1차 코일들의 냉각을 위해, 코일들 사이에는 냉각제가 흐를 수 있는 냉각 라인이 형성될 수 있거나 또는 1차 코일들 및 경우에 따라 중간 부재들 사이에 갭이 제공될 수 있다. 중간 부재들은 링 세그먼트형으로 형성될 수 있고, 그로 인해 냉각제가 링 세그먼트에 의해 커버되지 않은 1차 코일의 단부면에 이를 수 있다. 중간 부재들은 전체 면이, 부분이 또는 중간 공간이 1차 코일의 방사 방향 높이에 걸쳐 연장될 수 있다. 중간 부재들은 충분한 기계적 안정성을 가지며 냉각제 흐름을 가능하게 하는, 격자 구조, 중공 바디 또는 슬라이딩 바디로 이루어질 수 있다.In a preferred embodiment, the primary coil has a winding made of a standard conductor, in particular a conductor made of aluminum or copper, so that the primary coils can be liquid cooled or gas cooled, for example at reasonable costs. Particular preference is given to cooling with water or oil, for example. Standard conductors may in particular be made of hollow conductors, the inner tube of which is used for cooling. As an alternative, the windings of the primary coils can be made or made of a superconducting, in particular high temperature superconducting conductor. The current application should consist of alternating current with a frequency lower than 100 Hz, in particular less than 50 Hz, so that the alternating current losses in the superconducting primary coils are small. Otherwise, the alternating current losses will have to be compensated for by further cooling. In the linear generator according to the present invention, a power density greater than 18 N / cm 2 can be obtained, and a power density greater than 25 N / cm 2 can be obtained when superconductors are used in the secondary coil and the primary coil. For cooling of the primary coils, a cooling line can be formed between the coils through which coolant can flow, or a gap can be provided between the primary coils and optionally intermediate members. The intermediate members may be formed in a ring segment shape, whereby the coolant may reach the end face of the primary coil not covered by the ring segment. The intermediate members may extend in their entirety, in part or in intermediate spaces, over the radial height of the primary coil. The intermediate members may be of a lattice structure, hollow body or sliding body, having sufficient mechanical stability and allowing coolant flow.
더욱 바람직하게는 1차 코일들 및 2차 코일들이 요크에 의해 둘러싸이고, 상기 요크는 바람직하게는 자화 불가능한 재료, 특히 철 없는 가벼운 재료로 이루어진다. 대안으로서, 요크는 자계 차폐를 위해 철 함유 및/또는 자화 가능한 재료로 이루어질 수 있다. 요크 및 중간 부재들은 특히 1차 코일용 기계식 지지 골격을 형성한다. 중간 부재들을 축 방향으로 고정하기 위해, 요크는 그 내주에 홈을 가지며, 상기 홈 내로 중간 부재들이 형상 결합 방식으로 맞물린다. 중간 부재들을 요크에 고정함으로써, 1차 코일들이 축 방향으로 중간 부재들에 지지될 수 있어서, 요크가 1차 코일들에 작용하는 자력을 축 방향으로 흡수할 수 있다. 포화 효과를 피하면서 동시에 1차 부분 및 선형 기계의 특히 가벼운 구성을 얻기 위해, 1차 부분이 철 없이 형성되는 것이 특히 바람직하다. 대안으로서, 요크는 자속의 피드백을 위해 자화 가능한 재료를 포함할 수 있다.More preferably the primary and secondary coils are surrounded by a yoke, which yoke is preferably made of a non-magnetizable material, in particular a light material without iron. As an alternative, the yoke can be made of an iron containing and / or magnetizable material for magnetic field shielding. The yoke and intermediate members form a mechanical support skeleton, in particular for the primary coil. In order to fix the intermediate members in the axial direction, the yoke has a groove on its inner circumference, and the intermediate members engage into the shape coupling manner into the groove. By fixing the intermediate members to the yoke, the primary coils can be supported by the intermediate members in the axial direction, so that the yoke can absorb the magnetic force acting on the primary coils in the axial direction. In order to avoid the saturation effect and at the same time obtain a particularly light configuration of the primary part and the linear machine, it is particularly preferred that the primary part be formed without iron. Alternatively, the yoke may include a magnetizable material for feedback of the magnetic flux.
1차 코일은 플라스틱, 바람직하게는 합성 수지, 특히 에폭시 수지 내로 주조될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 중간 부재들도 플라스틱, 바람직하게는 합성 수지, 특히 에폭시 수지로 제조되고, 예컨대 유리 섬유 재료의 삽입에 의해 섬유 강화될 수 있다.The primary coil can be cast into a plastic, preferably a synthetic resin, in particular an epoxy resin. In a preferred embodiment of the invention, the intermediate members are also made of plastics, preferably synthetic resins, in particular epoxy resins, and can be fiber reinforced, for example by insertion of glass fiber materials.
초전도 2차 코일은 높은 전류 밀도, 바람직하게는 50 A/㎟ 보다 큰, 더 바람직하게는 70 A/㎟ 보다 큰, 특히 100 A/㎟ 보다 큰 전류 밀도를 전달할 수 있으며, 따라서 2차 코일에 의해 매우 큰 자계가 형성될 수 있다. 2차 부분에 의해 형성될 수 있는 자속 밀도는 공기 갭에서 0.5 Tesla 보다 크고, 바람직하게는 1 Tesla 보다 크고, 경우에 따라 2 Tesla 까지 이를 수 있다. 2차 부분은 바람직하게는 실린더형 지지체를 포함하고, 상기 지지체에 또는 그 외주 면에 2차 코일이 배치된다. 2차 부분의 지지체는 바람직하게는 비자성 재료로 제조되고, 예컨대 섬유 강화된 플라스틱으로 제조된다. 지지체는 자성 재료, 예컨대 철로 제조되거나 이루어질 수 있다. 실시예에서, 2차 코일은 링형으로 형성되고, 축에 대해 동심으로 2차 부분의 해당 지지체 상에 고정 배치된다. 축 방향으로 인접한 2차 코일들에는 작동 중에 반대 극 결선에 의해 역상으로 직류가 인가된다. 2차 코일들 사이에는 공기 갭 와인딩을 구현하기 위해 자화 불가능한 링형 스페이서들이 배치될 수 있고, 상기 스페이서들에 2차 코일들이 축 방향으로 지지된다. 이 실시예에서, 인접한 2차 코일들은 서로 간격을 가지며, 상기 간격은 각각의 2차 코일의 축 방향 폭의 2배보다 크다. 또한, 모두 동일한 전류 흐름 방향을 갖는(직렬 또는 병렬로 접속된) 다수의 코일들이 통합되어 하나의 패킷을 형성할 수 있다. 이 경우, 인접한 코일 패킷들에는 각각 반대 방향 전류가 가해진다.Superconducting secondary coils can deliver high current densities, preferably greater than 50 A / mm 2, more preferably greater than 70 A / mm 2, in particular greater than 100 A / mm 2, so that the secondary coil Very large magnetic fields can be formed. The magnetic flux density that may be formed by the secondary portion may be greater than 0.5 Tesla, preferably greater than 1 Tesla, and in some cases up to 2 Tesla in the air gap. The secondary part preferably comprises a cylindrical support, on which the secondary coil is arranged. The support of the secondary part is preferably made of a nonmagnetic material, for example made of fiber reinforced plastic. The support may be made or made of magnetic material, such as iron. In an embodiment, the secondary coil is formed in a ring shape and fixedly disposed on the corresponding support of the secondary part concentrically about the axis. Secondary coils adjacent in the axial direction are supplied with direct current in reverse by means of a reverse pole connection during operation. Non-magnetizable ring-shaped spacers can be arranged between the secondary coils to implement air gap windings, in which the secondary coils are axially supported. In this embodiment, adjacent secondary coils are spaced from each other, the spacing being greater than twice the axial width of each secondary coil. In addition, multiple coils all connected in the same current flow direction (connected in series or in parallel) may be integrated to form one packet. In this case, opposite coil currents are applied to adjacent coil packets, respectively.
본 발명의 다른 장점 및 특징은 도면에 개략적으로 도시된, 선형 기계로서의 선형 모터의 실시예와 관련해서 하기에서 설명된다.Other advantages and features of the present invention are described below in connection with an embodiment of a linear motor as a linear machine, schematically illustrated in the figures.
도 1은 제 1 실시예의 1차 부분 및 2차 부분을 포함한 본 발명에 따른 선형 모터이고,1 is a linear motor according to the invention comprising a primary part and a secondary part of a first embodiment,
도 2는 도 1의 2차 부분의 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view of the secondary portion of FIG. 1. FIG.
도 1에는 1차 부분(20)과 2차 부분(30)을 포함하는 선형 모터(10)가 도시된다. 1차 부분(20)은 2차 부분(30)이 중심 축(A)을 따라 왕복 운동 가능하게 놓인 실린더형 수용부(11)를 한정한다. 1차 부분(20)은 도시된 실시예에서 축(A)에 대해 동심으로 배치된 5개의 1차 코일들(21)을 포함한다. 도면에는 전체 모터 중 일부만이 도시되고, 예컨대 3상 모드에서는 코일들 또는 코일 패킷들의 수가 3의 배수이어야 한다. 1차 코일들(21)은 링 디스크 코일들로 이루어지고, 상기 링 디스크 코일들의 외주에는 도시되지 않은 접점을 통해 예컨대 120 °위상 변이된 교류 또는 회전류(3상 전류)가 인가될 수 있으므로, 1차 코일들(21)에 의해 수용부(11) 내에 이동(moving) 자계가 발생된다. 1차 코일(21)의, 구리 도체로 이루어진 와인딩들은 기계적 안정화를 위해 에폭시 수지 내로 주조된다. 1차 코일들(21) 사이에 링형 중간 부재들(22)이 배치되며, 상기 중간 부재들에 1차 코일들(21)의 단부면들이 축 방향으로 지지된다. 중간 부재들(22)은 1차 코일(21)의 내주로부터 1차 코일들(21)의 외주까지 방사방향으로 연장된다. 중간 부재들(22)과 1차 코일들(21)의 외주에는 중공 실린더형 요크(23)가 접촉하고, 상기 요크에 중간 부재들(22)이 고정된다(도시되지 않음). 이로써, 요크(23) 및 중간 부재들(22)은 1차 코일(21)을 수용하는 기계식 지지 골격을 형성한다.1 shows a
1차 부분(20) 둘레의 요크(23)는 자화 불가능한 재료로 이루어지거나 또는 차폐를 위해 자화 가능한 재료로 이루어질 수 있다. 후자의 경우, 파워 밀도의 증가가 나타날 수 있다. 요크(23)가 도전성 재료로 이루어지면, 요크는 바람직하게는 교류 손실을 줄이기 위해 시트화되며 슬롯을 가진 재료로 형성될 수 있다.The
중간 부재(22)는 예컨대 유리 섬유 강화 플라스틱으로 이루어질 수 있고, 따라서 본 발명에 따라 자화 불가능하기 때문에, 1차 코일들(21)에 전류 인가시 수용부(11) 내에 생기는 자계가 중간 부재들(22)의 포화 자화에 의해 제한되지 않는다. 1차 코일들(21) 사이에는 자속 가이드를 위한 자화 가능한 재료가 배치되지 않는다. 따라서, 축 방향으로 서로 나란히 배치된 1차 코일들(21)의 배치는 소위 공기 갭 와인딩으로 구현된다. 1차 코일들(21) 사이의 상기 "공기 갭"은 경우에 따라 부분적으로 중공인 및/또는 절연을 위해서만 사용되는 중간 부재들(22)로 채워진다. 따라서, 1차 부분(20) 내에는 축 방향 길이당 많은 와인딩 개수를 가진 매우 넓은 1차 코일(21)이 사용될 수 있다. 중간 부재들(22)의 체적이 1차 코일들(21)의 체적의 일부만을 차지하기 때문에, 전류를 전달하고 자계(이동 자계)를 발생시키는 와인딩들에 의한 1차 부분의 충전 팩터는 50%보다 훨씬 더 크다. 이로써, 더 높은 전류가 1차 부분(20)의 1차 코일들(21) 내에 제공될 수 있다.Since the
도 1 및 도 2에 도시된 2차 부분(30)은 축(A)에 대해 동심으로 배치된, 고온 초전도체로 이루어진 링형 2차 코일들(31)을 갖는다. 20K보다 큰 극저온(cryogenic temperature)에서 초전도성인 2차 코일들(31)에 직류가 인가되고, 축 방향으로 인접한 2차 코일들(31)이 역상으로 결선된다. 2차 부분(30) 내의 고온 초전도체 와인딩들 또는 2차 코일들(31)은 팬케익-코일들, 더블팬케익-코일들로서, 상기 팬케익-코일들로 이루어진 패킷들로서 또는 짧은 솔레노이드 코일들로서 구현될 수 있다. 2차 코일들(31) 사이에는 축(A)에 대해 동심으로 배치된 링형 스페이서들(32)이 배치된다. 스페이서들(32)은 유리 섬유 강화 에폭시 수지로 이루어지고, 2차 코일들(31)과 함께 중공 실린더형 지지 관(33) 상에 배치된다. 중공 실린더형 지지 관(33)은 연자성의, 자화 가능한 재료, 예컨대 연자성 철로 제조될 수 있거나 또는 예컨대 유리 섬유 강화 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 2차 코일들(31)을 예컨대 액상 질소로 냉각하기 위해, 저온 유지 장치(34; cryostat)에 2중 벽을 가진 관(36)이 제공된다. 관(36)의 "따뜻한" 외부 관 벽 및 "차가운" 내부 관 벽 사이의 도시되지 않은 중간 공간은 외부로부터 저온 유지 장치(34)로의 열 전달을 방지하거나 또는 줄이기 위해 진공화된다. 경우에 따라, 통상적으로 입수 가능한 초절연막으로 이루어진 절연층이 차가운 관 벽 둘레에 부착될 수 있다. 2 차 부분(30)으로부터 저온 유지 장치(34)로의 힘 전달은 개략적으로 도시된 전달 부재들(35a, 35b)에 의해 이루어진다. 전달 부재들(35a, 35b)은 낮은 열 전도성 및 높은 기계적 강도를 가진 재료, 예컨대 유리 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진다. 2차 코일들(31)은 100 A/㎟ 까지의 전류 밀도로 작동될 수 있다. 1차 코일들의 공기 갭 와인딩을 가진 본 발명에 따라 구현된 1차 부분(20), 및 본 발명에 따라 구성된 2차 부분(30)을 포함하는 선형 모터(10)는 1차 부분과 2차 부분 사이에서 수용부(11) 내에 18 N/㎠보다 큰 파워 밀도가 얻어짐으로써, 2차 부분(30)이 축(A)에 대해 평행하게 이동된다.The
당업자는 상기 설명 및 종속 청구항으로부터 많은 변형예들을 얻을 수 있다. 축 방향에서 1차 코일들과 2차 코일들의 개수는 예시일 뿐이고, 특히 코일들의 폭 및 선형 모터의 총 길이에 따라 변할 수 있다. 2차 코일은 나선형으로도 배치될 수 있다. 요크 및 2차 부분의 지지 관은 철 함유 재료로도 이루어질 수 있다. 2차 코일들이 스페이서들과 예컨대 진공 함침에 의해 결합되면 2차 부분용 지지 관이 생략될 수 있다. 대안으로서, 2차 부분용 지지 관은 시트화되며 슬롯을 가진, 자화 가능한 재료 또는 예컨대 섬유 강화 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 강자성 재료는 직류가 흐르는 2차 부분에서 지지 관으로서 사용될 수 있다. 특히, 표준 전도성 1차 코일들을 사용하는 경우, 상기 1차 코일들의 냉각은 예컨대, 물, 오일, 가스 또는 질소(N2)에 의해 간접적으로 또는 바람직하게는 직접적으로 이루어질 수 있다. 대안으로서, 77K 미만, 예컨대 20K 또는 30K의 작동 온도를 허용하는 적합 한 가스 냉각 또는 건식 냉각이 이루어질 수도 있다. 1차 부분 내의 와류 손실을 더욱 줄이기 위해, 1차 코일에 리츠 와이어 와인딩이 제공될 수 있다. 경우에 따라, 파워 밀도를 더욱 높이기 위해, 제 2의 1차 부분이 2차 부분의 내부에 배치될 수도 있다. 2차 부분 대신, 1차 부분이 전류 인가시 발생되는 자계에 의해 축에 대해 평행하게 움직일 수도 있다. 1차 부분이 내부에, 2차 부분이 외부에 배치될 수도 있다. 선형 기계가 발전기로서 형성되는 경우, 직류가 인가되는 2차 부분이 예컨대 파력 발전기의 상승 및 하강하는 부표에 의해 기계식으로 움직일 수 있다. 2차 부분의 이러한 운동에 의해 1차 부분의 1차 코일들에서 유도되는 전류가 발전을 위해 사용될 수 있고, 그러면 선형 기계가 발전기로 작용한다. 해당 청구항의 보호 범위를 벗어나지 않으면서, 2차 부분 대신, 1차 부분이 2차 부분의 고정시 축에 대해 평행하게 왕복 운동을 할 수도 있다.Those skilled in the art can obtain many variations from the foregoing description and the dependent claims. The number of primary coils and secondary coils in the axial direction is exemplary only and may vary in particular depending on the width of the coils and the total length of the linear motor. The secondary coil may also be arranged in a helical manner. The support tubes of the yoke and the secondary part may also consist of iron-containing material. If the secondary coils are coupled with the spacers, for example by vacuum impregnation, the support tube for the secondary part can be omitted. As an alternative, the support tube for the secondary part may be made of a magnetizable material or a fibre-reinforced plastic, which is sheeted and has a slot. The ferromagnetic material can be used as a support tube in the secondary portion where direct current flows. In particular, when using standard conductive primary coils, the cooling of the primary coils may be indirectly or preferably directly, for example by water, oil, gas or nitrogen (N 2 ). Alternatively, suitable gas cooling or dry cooling may be achieved which allows for operating temperatures of less than 77K, such as 20K or 30K. In order to further reduce the eddy current loss in the primary part, a litz wire winding can be provided in the primary coil. In some cases, in order to further increase the power density, a second primary part may be disposed inside the secondary part. Instead of the secondary part, the primary part may be moved parallel to the axis by a magnetic field generated upon application of current. The primary part may be disposed inside, and the secondary part may be disposed outside. If the linear machine is formed as a generator, the secondary part to which direct current is applied can be moved mechanically, for example by buoys that rise and fall of the wave generator. By this movement of the secondary part the current induced in the primary coils of the primary part can be used for power generation, and then the linear machine acts as a generator. Instead of the secondary portion, the primary portion may reciprocate parallel to the axis when the secondary portion is fixed, without departing from the protection scope of the claims.
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